Yalıtım ve Enerji Verimliliği
Önceki yazılarımda hep enerji ve
ısının davranışlarını, termodinamik temellerini anlatmıştım. Bir ısı sisteminin
veriminin arttırılmasındaki en önemli nokta sistemin ısıya karşı
yalıtılmasıdır. Örneğin, evlerimizi ısıtmakta kullandığımız kalorifer
sistemimizin ısıl olarak yalıtılmış olması, soğuk kış günlerinde kazak
giymenize gerek kalmadan –ısıl konforunuzu bozmadan- daha az yakıt ile
ısınmanıza olanak sağlar.
Öncelikle, yine her zamanki gibi
tanımlarımızı yapmalı terimleri ve modelleri kafamızda tam anlamıyla
kurmalıyız. Ezberlemeden, tanımı sorulduğunda otomatiğe bağlamadan, bilerek
cevaplayabilmek adına terimler ve işleyiş mekanizması iyice anlaşılmalıdır.
·
Terimler
ve İşleyiş
Isı: Bir enerji
formudur. Maddelere etkidiğinde sıcaklıklarını arttırır. Termodinamiksel olarak
sıcak ortamdan soğuk ortama doğru hareket eder.
Sıcaklık:
maddenin tuttuğu ısıdan dolayı gözlenen bir özelliğidir. Diğer bir deyişle,
moleküllerin ortalama kinetik enerjisi yani bir ısı yoğunluğudur.
Isıl Konfor: Bir mekân
içerisinde, insanların üşümediği veya sıcaktan bunalmadığı, nemden şikâyet
etmedikleri durumda, bulundukları mekân ısıl konfora ulaşmış bir sistem
demektir.
Verim: Bir
sistemin aldığı enerjiye oranla verdiği iştir.
Isıl Kayıp: Sıcak
ortamdan, soğuk çevreye ısı akışı olması sonucu, sıcak sistemin ısısındaki
azalmadır.
Isıl Kazanç:
Sıcak ortama, ısı geçişidir. (Isıtma sisteminden eve ısı geçişi)
Isıl Direnç: Bir
malzemenin sıcak ortam ile soğuk ortam taraflarındaki yüzeylerinden ısıyı
geçirmek istemeyişidir. Malzemenin karakteristik bir özelliğidir.
Isı Geçirgenlik
Katsayısı U (W/m2K): Farklı malzemelerin arka arkaya dizilmesiyle
oluşan bir yapı elemanının ısı geçişine göstermiş olduğu dirençtir. U,
malzemelerin ısı iletim katsayısı (λ) ve ısı geçiş yönündeki kalınlığına
bağlıdır. U değeri ne kadar küçük olursa, ısı kaybı da o kadar az olur.
Yalıtım (İzolasyon)
: Isıl kazanç ve/veya ısıl kaybın engellenmesi amacıyla, yüksek ısıl dirence
sahip bir malzeme ile sistemin çevre ile ilişkisinin kesilmesidir.
Isının
üretilmesi, sıradan bir kalorifer tesisatına sahip evlerde, kombilerde
gerçekleşir. İşte ilk kayıp bu esnada olur. Isının üretimi esnasında kullanılan
yakıt doğalgazdır. Kombiniz, atmosferden çektiği hava ile doğalgazı karıştırıp
ateşler. Kombinin verimi, yakıtı yakabilme oranıyla ve yanma sonrasındaki
gazların düşük sıcaklığa sahip olarak atılmasıyla doğrudan ilişkilidir.
Termodinamiğin ikinci yasasınca, kombiniz yakıttan elde ettiği ısının bir
kısmını tesisattaki suyu ısıtmakta kullanırken, bir kısmını yanmış sıcak
gazları atarken, gazların ihtiva ettiği enerjiyle atacaktır. Burada mühim olan,
atılan gazların sıcaklığının yani ihtiva ettiği enerjinin geri kazanılmasıdır.
Bu işlemi gerçekleştirebilen kombilere “yoğuşmalı kombi” denir. Bu tip
kombilerin ısıl verimi oldukça yüksektir. Yoğuşmalı kombi kullanmanız, ısıtma
giderlerinizi ciddi anlamda düşürecektir.
Fakat
evlerdeki ısıl kaybın büyük bir kısmı yalıtılmamış duvarlar ve tesisattan
kaynaklanmaktadır. Doğalgaz kalorifer tesisatı sonradan kurulmuş bir evde,
tesisat boruları açıkta gider ve çok fazla dirsek kullanılır. Dirsekler, suyun
akışını yavaşlattığından kombinin su pompası üzerinde fazladan bir yük
oluşturur. Bu olay yakıt tüketimini ve elektrik enerjisi sarfiyatını
arttırmaktadır. Ev seçiminde, doğalgaz tesisatının sonradan dönüşümle olmayan
evleri tercih etmenizde verimlilik açısından önemlidir.
Yalıtılmamış
duvarların etkisine gelince, en büyük etkenin bu olduğunu söyleyebilirim. Bir
sistemin ısı kaybını hesaplamak için “Fourier Kanunu” kullanılır. [ Q = -k x A x (dT / dL) ] Bu formülde k,
malzemenin ısı iletim katsayısı, A duvarın yüzey alanı, dT çevre ile ortamın
sıcaklık farkı, dL ise duvarın kalınlığı. Görüldüğü üzere, duvarın yüzey alanından
veya soğuk bir kış gecesi evin sıcaklığını azaltarak sıcaklık farkından taviz
verilemez. Bir sistemin ısıl kaybını azaltmanın en mantıklı ve geçerli yolu
duvar kalınlığını veya kullanılan malzemeyi değiştirmektir. Ancak, duvarın
kalınlığı ile gelişi güzel oynanamayacağı için, iş yine doğru malzeme seçimine
gelmektedir.
İşte tam bu noktada, malzemelerin ısıl dirençleri devreye
girmektedir. Isıl direnç, düz bir duvar için
R = L / (k x A) dır. Formülasyondan da görüldüğü üzere,
malzemenin ısı iletim katsayısı “k”
düştükçe, ısıl direnci artmaktadır.
·
Yalıtımın Önemi ve Yalıtım Malzemeleri
Yalıtım, enerji verimliliğin en
önemli noktasıdır. İyi yalıtılmış bir evin, ısınma giderleri %30 oranında
düşürülebilmektedir. Yukarıda açıkladığım ısı transferi hesabında en önemli
noktanın yalıtım malzemesinin seçimi olduğunu gördük. Metaller ısı yalıtımı
için uygun malzeme grubu değildir. Seramikler ise yüksek sıcaklıklara
dayanabilirler fakat ısı yalıtımda o kadar iyi değillerdir. Geçmiş dönemlerin
tekniğiyle inşa edilmiş binalarda, en basit yalıtım malzemesi tuğladır,
sıvadır. Tuğlalar, geleneksel seramikler olup, ısıl dirençlerinin büyük
olmasının sebebi içlerindeki hava boşluklarıdır. Sabit hacimli havanın ısı
iletim katsayısı k = 0.627 W/m.K dir. Fakat tuğlanın kendi ısı iletim katsayısı
ise 0.811 W/m.K dir. Bunların bileşkesi alındığında ve çevre sıcaklığı 0
derece, oda sıcaklığı 23 derece alınırsa, yalıtımsız duvarın ısı kaybı
kabataslak olarak Q= 260 kW/h olmaktadır. Aksine, bu duvar yalıtımlı olsa idi,
5cm kalınlığında polistiren köpük ile kaplanmış yalıtılmış bir duvar üzerinden
hesap yapılırsa, aynı şartlar altında ısı kaybı Q= 70 kW/h olur.
Görüldüğü üzere, yalıtım
malzemesi ile kaplanmış yalıtılmış bir sistem ne kadar da az ısı
kaybetmektedir.
Yalıtım malzemesi seçimine
gelirsek, metal ve seramiklerin uygun olmadığını yukarıda arz etmiştim. Fakat
polimer malzemeler, ısı ve ses yalıtımı için biçilmiş kaftandır. Şu anda ısı
yalıtımı ile ilgilendiğimizden, polistiren ve poliüretan köpüklerden bahsetmek
istiyorum. Bu polimerler dünya üzerinde en küçük ısı transfer katsayısına (k=
0.032 W/m^2.K ve k= 0.026 W/m^2.K) sahiptirler. Dolayısıyla ısıl dirençleri çok
yüksektir. Günlük hayatınızda kullandığınız plastiklerin çoğu polistirendir.
Kısaltması “PS” dir ve geri dönüşüm numarası “6” dır. Köpük bardak olarak
bildiğiniz ve içerisine kaynar su koyduğunuz halde elinizde tutabildiğiniz
malzemede polistirendir.
2000’li yıllarda enerji
tasarrufunun arttırılması, ısıl kaybın azaltılması düşüncesi ülkemize
girmiştir. Bu esnada inşa edilen binalarda, tuğla aralarında oksit sarısı
renkte köpük kullanılmıştır. Bu malzeme ise poliüretandır. Köpük olarak
üretilmeli kastidir. Çünkü köpükler bir sünger olarak modellenebilir. Hem
poliüretan ve polistiren polimerlerinin düşük ısı transfer katsayısı hem de üretim
esnasında içerisinde hava olan veya vakum olarak kalan kabarcıklar, malzemenin
toplam ısıl direncini arttırmaktadır.
Günümüzde ise, dış cephe
kaplaması olarak bilinen bir uygulama hayli yaygındır. Yeni yönetmeliklerle,
2017 yılına kadar tüm binaların dış cephe yalıtımlarının yapılması mecbur
kılınmıştır. Binanın yalıtımsız dış cephesine, poliüretan veya polistiren
köpüğü tutacak bir harç sürülür. Bu harç, seramik tabanlı bir malzemedir ve
yapışmanın yanında yüksek ısıl direnç ve nem direnci sağlar. Daha sonra bu
harcın üzerine, yine dıştaki yüzeyi seramik kaplı fakat sürülen harca yapışacak
yüzeyi kaplamasız olan polistiren veya poliüretan köpük yapıştırılır. Yani
dışarıdan içeriye doğru malzeme sırası şöyledir, Seramik kaplama- Yalıtım
köpüğü – Seramik Harç – Duvar – İç Sıva. Isının iletiminin en çok engellediği
bölge, yalıtım köpüğünün olduğu bölgedir. En az 3cm kalınlığında plaka şeklinde
bir köpük kullanılmalıdır.
·
Enerji
Verimliliği
Herkes evinde ısıl konfor
sağlamak ister. Fakat özellikle çetin iklimi olan coğrafyalarda bu iş oldukça
karmaşık hale gelir ve kulaktan dolma bilgiler yetersiz kalır. Pencere
altlarına bez sokuşturma, duvarlara halı asma gibi yöntemler, iç ortam ile
çevre arasındaki sıcaklık farkı arttıkça yetersizleşir. Evinizin ısıl konforunu
yaz-kış sağlamak ve bu esnada minimum enerji kullanmak ciddi bir mühendislik
problemidir. Bu konu hakkında, birkaç ufak tüyo vereceğim.
Yeni alacağınız ev için, şu
hususlara dikkat etmelisiniz.
1) Bütçenize
uygunsa, mutlaka yoğuşmalı kombi tercih edin. Yatırım maliyetini kısa sürede
çıkaracaktır.
2) 3+1
planın bir evde en az 8 petek olmalıdır. Şunu unutmayın ki, az petek az fatura
demek değildir. Petek sayısı azaldıkça, sistem basıncı artacaktır ve kombi
zorlanacaktır. Bu da fazladan yakıt masrafıdır.
3) Sonradan
doğalgaz dönüşümü yapılmış bir ev ile, inşa esnasında doğalgaz tesisatı
çekilmiş bir ev arasında %5 ~ %10 oranında ısıl kayıp fazlası vardır.
4) Kombinizin
ayarı ile çok fazla oynamayın. Rölantide çalışan bir kombi, tesisat su
sıcaklığını sabitler ve düşük miktarda ısıl kayıp yaşar. Fakat kapatılmış ve
tamamen soğumuş bir tesisatın tekrar ısıtılması esnasında fazla enerji
harcanır. Ancak uzun süreli evi terk etme durumunda kombinizi kapatın.
5) Yalıtım
uygulanmış olmalı. Yalıtımı yapılmış bir binanın, yalıtımsız binalara oranla
%30 daha verimli hale geldiğini yukarıda da belirtmiş ve açıklamıştım.
6) Termostatik vana kullanmayı tercih edin. Termostatik vana kullanarak %15 civarında enerji tasarrufu yapmak mümkündür.
6) Termostatik vana kullanmayı tercih edin. Termostatik vana kullanarak %15 civarında enerji tasarrufu yapmak mümkündür.
Sonradan doğalgaz dönüşümü
yapılan bir ev içinse, şu hususlara dikkat etmelisiniz.
1) Yine
yoğuşmalı kombiyi öneririm.
2) Tesisatı
olabildiğince evin içerisinden geçirmeye ve en az sayıda dirsek kullanmaya özen
gösterin. Eğer tesisatın bir kısmı özellikle de kombiden ilk çıkış bölgeleri
evin dışında kalıyorsa, mutlaka cam elyafı veya köpük ile o bölgeyi yalıtın.
Yoksa ısıl kayıp çok fazla olacaktır.
3) Tesisat
akışkanı olarak su yerine daha verimli taşıyıcılar kullanabilirsiniz. Yatırım
maliyeti bir nebze fazlada olsa, uzun vadede kendini amorti edecektir. %10 ~
%15 ısıl kazanç sağlayabilirsiniz.
4) Az
sayıda petek kullanmaktan kaçının. Yukarıda da söylediğim gibi 3+1 planında bir
ev için mutlaka en az 8 petek olmalıdır.
Enerji tasarrufu içinse,
yukarıdaki hususlara dikkat etmenizin yanında bazı özel noktalara da özen
göstermenizde fayda vardır.
1) Gece
olduğunda perdelerinizi kapatın. Bu sayede ışınım yoluyla olan ısı kaybının bir
kısmını engelleyeceksiniz.
2) Çift
camlı pencereleri tercih edin.
3) Evinizi
havalandırmanız esnasında, altında veya yakınında petek bulunmayan pencere veya
kapıları tercih edin. Örneğin, balkon kapısı olan bir salonu havalandırırken,
salon penceresini değil de balkon kapısını tercih edin. Çünkü salon
penceresinin altında kalorifer peteği vardır ve eğer o pencereyi açarsanız,
ısıl kaybınız artar.
4) Kullanmayı
düşünmediğiniz peteklerin dahi vanalarını tam sıkmayın. Mutlaka bir nebze suyun
akışına izin vermelisiniz. Tabi ki tesisat planı önemlidir. Çift veya tek
dağıtmalı sisteme veya ev planına göre davranmalısınız. Bu konuda bir uzmandan
yardım isteyiniz.
5) Kombinizin
yıllık veya iki yıllık periyodik bakımını atlamayınız. Kurum bağlamış bir yanma
odası, kombinizin ısıl verimini düşürecektir.
6) Elektrik
ile ısınmanın daha temiz ve verimli olduğu doğrudur. Fakat bu yöntem iyi
yalıtılmış ve güzel planlanmış bir mekân için geçerlidir. (ısı pompası, klima
vb..)
Bu yazımda enerji verimliliğini ve yalıtımın önemini arz
etmeye çalıştım. Fikirleriniz ve önerileriniz, ilaveleriniz, düzeltmeleriniz
benim için çok önemli olduğundan, aklınıza gelen en ufak şeyleri bile bana
e-posta atmanızı rica ediyorum.
Okan Gençoğlu
Malzeme Bilimi ve
Mühendisliği Öğrencisi
Mühendisliği Öğrencisi
İşimize yarayacak, bilmemiz gereken bilgiler. Teşekkürler
YanıtlaSilburda herşeyi gayet açık ve net anlıyorum ama benim galiba ısı transferi hocasıyla benim bilmediğim bir problemim var nedense yazdığım bütün cevapları hiçe saymış hayalgüçlerine hiç saygıları yok...
YanıtlaSilAzminiz kırılmasın. Üreten beyinler her zaman engellenmeye çalışılır. Üretin, hayallerinizi bilimle destekleyin..
Sil